储氢合金的制备方法与研究进展

Ti-Ni系储氢合金的制备方法与研究进展作者：朱永国葛静张亚媛来源：《新材料产业》 2013年第8期文/ 朱永国葛静张亚媛北京浩运金能科技有限公司自二元金属氢化物问世以来，人们一直致力于新型储氢合金的研究与开发。

为满足各种性能的要求，研究人员已开发出三元、四元等多元合金，来得到不同性能的储氢材料。

一般来说，储氢合金是由A、B两种元素组成，A为易生成稳定氢化物的金属元素，如M m（混合稀土）、镧（L a）、钛（Ti ）、锆（Z r）、镁（M g）、钙（C a）等；B为对氢亲和力小、难以形成金属氢化物的金属，如镍（N i）、钴（C o）、锰（M n）、铁（F e）、铜（C u）、铝（A l）等。

按照原子比的不同，目前研究开发的储氢合金主要分为5种类型：A B5型稀土系合金，AB2型Laves相合金，A2B型Mg基合金，V基固溶体合金，A B型T i系储氢合金。

人们通过对A B两侧元素进行替代、改进工艺等开展了大量的研究工作。

T i - N i系储氢合金主要是以T i N i、T i2N i为代表的合金体系，最早在20世纪70年代由德国人J u s t i和Ewe制备出。

研究发现，Ti-Ni系储氢合金可以通过电化学的方法可逆地吸放氢，但是由于其实际放氢量偏低、循环寿命等性能达不到实用化的要求，因而没有得到广泛应用。

此外，人们发现钛镍系合金具有形状记忆效应，且制备较为困难，因而人们对它的研究远远不及对稀土系A B5型储氢合金研究广泛，A B5型储氢合金技术成熟，已大规模商业化应用。

近年来由于国家对稀土资源出台的保护政策及其价格浮动机制，非稀土系储氢合金重新引起了人们的关注，本文主要介绍近年来Ti-Ni系储氢合金的研究进展。

一、Ti-Ni 储氢合金种类和结构的研究由钛镍相图（图1）可以看出，钛镍可形成Ti2N i、T i N i及T i N i3三种合金，其中T i2N i、T i N i为能够吸氢的合金材料。

储氢材料研究进展班级：*********姓名： ********学号：*********课程老师：**教授日期： ********储氢材料研究进展[1]能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉。

随着社会经济的发展, 全球能源供应的日趋紧缺, 环境污染的日益加剧, 已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。

面对化石燃料能源枯竭的严重挑战, 近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。

在新的能源领域中, 洁净无污染的氢能利用技术正在以惊人的速度发展, 己引起工业界的热切关注。

氢的规模制备是氢能应用的基础, 氢的规模储运是氢能应用的关键, 氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式, 三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。

但是, 由于氢在常温常压下为气态, 密度很小, 仅为空气的1 /14, 故氢的储存就成了氢能系统的关键技术。

1 储氢方式[3]氢气的存储有3种方式:液态、高压气态和固态储氢[4] ,它们有各自的优点和缺点。

而利用储氢材料与氢气发生物理或化学作用将氢气存储于固体材料中的固态储氢方式,能有效克服气、液两种存储方式的不足,且储氢体积密度大、安全度高、运输方便、操作容易,特别适合于对体积要求较严格的场合,如在燃料电池汽车上的使用。

固态储氢材料主要有:金属氢化物、配位氢化物和多孔吸附材料等,其中金属氢化物储氢[2]的研究已有30 多年,而后两种的研究较晚。

金属氢化物储氢材料主要有稀土系、Laves 相系、镁系和钛系等;配位氢化物是由碱金属(如Li、Na、K)或碱土金属(如Mg、Ca)与第ⅢA元素(如B、Al)或非金属元素(如N)形成的;多孔吸附材料分为物理吸附和化学吸附两大类,如碳纳米管[5]、BN 纳米管、硫化物纳米管、金属有机骨架材料(MOF)和活性炭等。

然而,传统的金属氢化物因密度大而限制了它们的实际应用。

为了克服这一缺点,许多由轻元素组成的配位氢化物或复杂氢化物被广泛研究,像铝氢化物体系、硼氢化物体系和氨基2亚氨基体系等。

目录1. 前言 (3)2. 储氢材料 (4)2.1金属储氢材料 (4)2.1.1镁基储氢材料 (5)2.1.2钛基（Fe-Ti）储氢材料 (8)2.1.3稀土系合金储氢材料 (9)2.1.4锆系合金储氢材料 (10)2.1.5金属配位氢化物 (11)2.2碳质储氢材料 (11)2.3液态有机储氢材料 (12)3. 储氢方式 (14)3.1气态储存 (14)3.2液化储存 (14)3.3固态储存 (15)4. 氢能前景 (15)参考文献 (17)储氢材料的研究与发展前景摘要：氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源, 正引起世界各国的重视。

储存技术是氢能利用的关键。

储氢材料是当今研究的重点课题之一, 也是氢的储存和输送过程中的重要载体。

本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料, 如镁基储氢材料钛碳基储氢材料、稀土储氢材料、碳质储氢等材料的研究进展、发展前景和方向。

关键字：储氢材料，储氢性能，储氢方式，发展前景1.前言当今世界, 化石燃料储量正在迅速减少, 现存储量不能满足日益增长的需求。

目前世界能源的80%来源于化石燃料, 但化石燃料的使用产生了大量有害物质, 对环境造成巨大影响。

因此, 加速能源系统向可再生能源转换以适应当前和未来世界能源需求, 是迫切需要解决问题。

氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。

氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。

氢气燃烧后只产生水和热，是一种理想的清洁能源。

氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。

由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用，国内外对氢能技术都有大量资金投入，以加快氢能技术的研发和应用。

氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。

氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视，以期在21世纪中叶进入氢能经济(hydrogeneconomy)时代。

氢是一种清洁的可再生能源。

储氢材料作为一种可逆的氢元素存储材料，在现代及未来的应用十分广泛。

对于储氢材料性质的研究，将会更好地推动我国相关研究领域的进步。

随着近年来我国经济的不断发展，能源消耗也在大幅度增加，化石能源储量减少，并产生一系列的环境问题，所以寻找一种安全可靠的绿色清洁能源是必然趋势，而氢元素一直是能源系列中的“宠儿”。

由于氢能是一种可循环利用的清洁能源，将在我国能源转换中扮演重要角色。

近年来，氢能产业从行业圈内逐渐走向大众视野，被认为是具有发展潜力的新型产业。

目前唯一存在的应用问题是氢能源的存储技术问题，为了解决这一问题，储氢材料正式问世，利用金属络合物储存氢能，其质量百分密度较高且具有一定的可逆性，实现了储氢材料的正式应用，而此类材料的具体应用也可以更好地推动相关领域的发展。

氢能的储存方式分析氢能是目前发现的能源体系中储量丰富且无公害的清洁能源，是理想化石燃料替代品，而且氢能在燃烧后的生成物只有水，对我国实现“碳达峰”“碳中和”等目标具有重要意义。

在氢能的应用体系中，氢能的存储制约了氢能走向实用化和规模化。

为了解决这一问题，诞生了储氢材料理念。

目前，有3种主要的储氢方式，分别为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。

1高压气态储氢高压气态储氢是目前应用广泛、相对成熟的储氢技术，即通过压力将氢气液化至气瓶中加以储存。

该技术的优点在于，其充装释放氢气速度快，技术成熟及成本低。

而其缺点在于：一是对储氢压力容器的耐高压要求较高，商用气瓶设计压力达到20 MPa，一般充压力至15 MPa；二是其体积储氢密度不高，其体积储氢密度一般在18～40 g/L；三是在氢气压缩过程中能耗较大，且存在氢气泄漏和容器爆破等安全隐患问题。

2低温液体储氢为了解决高压气体储氢体积储氢密度低的问题，人们提出了液态储氢的概念，低温液态储氢将氢气冷却至-253℃，液化储存于低温绝热液氢罐中，储氢密度可达70.6 kg/m3，体积密度为气态时的845倍。

镁基Mg2Ni储氢合金的制备及其性能改善研究进展段如霞;田晓;赵凤岐;郑鑫遥;张怀伟;李星国【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2016(030)011【摘要】镁基Mg2Ni储氢合金由于具有理论储氢容量高、资源丰富、价格廉价、质量轻等突出优点而备受关注.然而,该类合金因制备困难、吸放氢动力学性能差,实际应用受到了极大的限制.对近几十年来镁基Mg2 Ni储氢合金的制备和性能改善方面的研究进行了系统综述.在此基础上,指出了该类合金存在的问题及今后的发展方向.【总页数】8页(P20-27)【作者】段如霞;田晓;赵凤岐;郑鑫遥;张怀伟;李星国【作者单位】内蒙古师范大学物理与电子信息学院,功能材料物理与化学自治区重点实验室,呼和浩特010022;内蒙古师范大学物理与电子信息学院,功能材料物理与化学自治区重点实验室,呼和浩特010022;北京大学化学与分子工程学院,北京100871;内蒙古师范大学物理与电子信息学院,功能材料物理与化学自治区重点实验室,呼和浩特010022;北京大学化学与分子工程学院,北京100871;北京大学化学与分子工程学院,北京100871;北京大学化学与分子工程学院,北京100871【正文语种】中文【中图分类】TG139+7【相关文献】1.机械合金化法制备镁基储氢合金的研究进展 [J], 马行驰;岳留振;何国求;何大海;张俊喜2.镁基储氢合金制备方法的研究进展 [J], 陈玉安;周上祺;丁培道2Mg17稀土镁基储氢合金制备工艺及储氢性能研究 [J], 卢其云;唐仁衡;王英;肖方明4.电沉积和化学镀技术在镁基储氢合金制备及表面改性中的应用 [J], 王栋;李燕;王玲;李云东5.新能源汽车用Mg2Ni基储氢合金的制备与性能 [J], 宋云波; 赵欣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

储氢合金的制备技术及开展与现状摘要：氢能是人类未来的理想能源。

一是因它具有较高的热值;如燃烧1kg的氢气可产生1.2 5x106kJ的热量,相当于3kg汽油或4.5kg焦碳完全燃烧所产生的热量。

再是氢资源丰富;我们知道,地球外表接近3/4是被水覆盖的,水中含氢量到达11.1%(虽然目前工业上主要是分解一些简单的有机物如甲烷来制得氢,但以后有可能通过分解水来制得氢)。

而其最大的优点是燃烧后的产物是水,不会产生环境污染的问题。

储氢材料(hydrogen storage material)是能可逆地吸收和释放氢气的材料。

就储氢材料的开展方向而言,大致可分为碳系列储氢材料和金属合金系列储氢材料。

本文主要讲述储氢合金材料的制备〔如Mg-RE-Ni系储氢合金〕、现状及开展。

关键词：储氢合金材料制备技术现状开展1、储氢合金分类迄今为止，人们对许多金属和合金的储氢性质进展了系统研究，现已开发出稀土系、钛系、锆系和镁系等几大类。

典型的储氢合金一般由A、B两类元素组成，其中，A是容易形成稳定氢化物的金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、稀土等，他们控制着储氢合金的储氢量，与氢的反响为放热反响；B是难于形成氢化物的金属，如Ni、Fe、Co、Mn、Cu、Al、Cr等，他们控制着储氢合金吸放氢的可逆性，起调节生成热与金属氢化物分解压力的作用，氢溶于这些金属时为吸热反响。

A、B两类元素按照不同的原子比组合起来，就构成了集中典型的储氢合金，如：AB5型稀土系、AB2型Laves相系、AB型钛系和A2B型镁系等2、储氢合金的制备储氢合金的制备方法对其性能有着重要的影响，各种类型的合金也有不同的制取方法，其中包括感应熔炼法、电弧熔炼法、粉末烧结法、机械合金化法、置换扩散法和燃烧合成法等。

一下简单介绍几种制备方法2.1、感应熔炼法通过高频电流流经水冷铜线圈后，由于电磁感应使金属炉料产生感应电流，感应电流在炉料中流动并产生热量，从而使金属炉料被加热和熔化。

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 机械合金化法制备镁基储氢合金的研究进展3马行驰1 ,岳留振2 ,何国求3 ,何大海4 ,张俊喜1(1 上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090 ;2 上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海201804 ;3 同济大学材料科学与工程学院,上海200092 ;4 国家磁浮交通工程技术研究中心,上海201204)摘要机械合金化法是制备镁基储氢合金的较佳工艺。

对近年来机械合金化法制备镁基储氢合金的研究开发,特别是在多元合金化、复合储氢合金等方面的发展进行了系统阐述。

总结认为,机械合金化法可以显著改善镁基储氢合金的动力学性能和电化学性能,提高储氢量。

未来镁基储氢合金应向复合材料、新方法与机械合金化法相结合、材料的计算机设计等方面发展。

关键词镁基储氢合金机械合金化储氢性能复合材料Research Development of Mechanical Alloying Used toSynthesize Mg2based Hydrogen Storage AlloysMA Xingchi1 , YU E Liuzhen2 , HE Guoqiu3 , HE Dahai4 , ZHAN GJ unxi1(1 College of Energy and Environment Engineering , Shanghai University of Elect ric Power , Shanghai 200090 ;2 SAIC Motor Technical Center , Shanghai 201804 ;3 College of Material Science and Engineering ,Tongji University , Shanghai 200092 ;4 National Maglev Transportation Engineering R &D Center , Shanghai 201204)Abstract Mechanical alloying is a better technology used to synthesize Mg2based hydrogen storage alloys. Inthis paper , the research and development progress of Mg2based hydrogen storage alloys prepared by mechanical allo2ying in recent years are reviewed , especially f rom the aspect s of multi2component alloying and composite hydrogenstorage alloys. It is held in the summary that mechanical alloying could obviously improve the kinetics and elect ro2chemist ry properties and increase the hydrogen storage capacity of Mg2based hydrogen storage alloys. Composite ma2terial , new method based on mechanical alloying and computer aided design are the development t rends of Mg2basedhydrogen storage alloys in the future.Key words Mg2based hydrogen storage alloys , mechanical alloying , hydrogen storage properties , compositematerials3 国家“973”重点基础研究发展计划资助项目(2007CB714704) ;国家自然科学基金资助项目(50771073)马行驰:男,1980 年生,博士,讲师,主要从事金属功能材料研究Tel :0212654304102355E2mail :maxingchi1980 @163. com0 前言随着人类社会的进步和发展,传统能源———石油、煤日渐枯竭,并带来严重的环境污染,使人类面临着能源、资源和环境危机的严峻挑战[ 1 ] 。